Peterson과 Dekker 알고리즘 비교

Peterson과 Dekker의 알고리즘을 이해하려고합니다.이 알고리즘은 매우 유사하며 많은 대칭을 나타냅니다.

알고리즘을 다음과 같이 비공식 언어로 공식화하려고했습니다.

Peterson's: "I want to enter."                 flag[0]=true;
            "You can enter next."              turn=1;
            "If you want to enter and          while(flag[1]==true&&turn==1){
            it's your turn I'll wait."         }
            Else: Enter CS!                    // CS
            "I don't want to enter any more."  flag[0]=false;

Dekker's:   "I want to enter."                 flag[0]=true;
            "If you want to enter              while(flag[1]==true){
             and if it's your turn               if(turn!=0){
             I don't want to enter any more."      flag[0]=false;
            "If it's your turn                     while(turn!=0){
             I'll wait."                           }
            "I want to enter."                     flag[0]=true;
                                                 }
                                               }
            Enter CS!                          // CS
            "You can enter next."              turn=1;
            "I don't want to enter any more."  flag[0]=false;

차이점은 Dekker 's 에서 "You can enter next."발생 하는 지점 과 사실입니다 "if it's your turn I don't want to enter any more.".

Peterson의 알고리즘에서 두 프로세스가 우세한 것 같습니다. 프로세스는 다른 쪽이 아닌 한 중요한 부분으로 들어가는 것처럼 보입니다.

반대로, Dekker의 알고리즘에서 두 프로세스는 복종적이고 정중 한 것으로 보입니다. 두 프로세스가 모두 임계 섹션에 들어가기를 원하고 다른 프로세스가되면 더 이상 들어 가지 않기로 결정합니다. (이것은 기아 자유에 필요한가? 왜인가?)

이 알고리즘은 정확히 어떻게 다릅니 까? Peterson의 프로세스에서 두 프로세스가 모두 임계 섹션에 들어 가려고하면 프로세스에 "I enter"가 표시되고 Dekker의 프로세스에 "You may enter"가 표시됩니다. 누군가가 각 알고리즘에서 프로세스가 동작하는 방식을 정리할 수 있습니까? 비공식적 인 용어로 표현하는 방식이 올바른가요?

알고리즘에 대한 비공식적 인 설명은 훌륭합니다.

필자는 두 경우 모두 저자가 상호 배제와 교착 상태의 자유를 보장하는 가장 간단한 해결책을 찾으려고 노력했다고 생각합니다. 알고리즘은 기아가 없거나 공평하지 않습니다.[ed : 의견에서 지적했듯이 Peterson의 알고리즘은 기아가 없으며 공평합니다.] Dekker의 솔루션은로드 및 저장 명령어 만 사용한 최초의 상호 배제 알고리즘이었습니다. 그것은 Edjk W. Dijkstra에서 소개되었습니다 . F. Genuys, ed., Programming Languages ​​: NATO Advanced Study Institute , pp. 43-112, Academic Press, 1968의 "순차 프로세스 협력" . 논문을 읽으면 Dijkstra가 여러 가지 시도를 통해 각 문제를 인식 한 후 다음 버전에 약간 더 추가하는 것을 볼 수 있습니다. 그의 알고리즘의 비 효율성의 일부는 그가 턴 테이킹 알고리즘으로 시작한 다음 프로세스가 임의의 순서로 진행되도록 수정하려고한다는 사실에서 비롯됩니다. (단지 0,1,0,1, ...)

Peterson의 알고리즘은 Dekker의 알고리즘에 대한 10 년 이상의 경험과 뒷받침 후 1981 년에 출판되었습니다. Peterson은 정확성 증명이 훨씬 쉬워 지도록 Dekker보다 훨씬 간단한 알고리즘을 원했습니다. 당신은 그가 그의 논문 제목에서 커뮤니티와 약간의 좌절감을 느끼고 있음을 알 수 있습니다. Peterson, GL; "상호 배제 문제에 관한 신화", Inf. Proc. 레트 사람. , 12 (3) : 115-116, 1981. 매우 빠르게 읽고 잘 작성합니다. Peterson의 논문은 또한 간단한 시도에서 자신의 솔루션을 구축 한 프로세스에 대해 논의합니다. (그의 솔루션이 더 단순하기 때문에 중간 단계가 덜 필요했습니다.) 주된 차이점 ( "복종 성"이 아니라 "지배"라고 함)은 Peterson이 새로 시작했기 때문에 (Dijkstra가 시작한 턴-턴킹 알고리즘이 아니라) ) 그의 대기 루프는 더 간단하고 효율적입니다. 그는 Dijkstra가 매번 백 오프하고 다시 시도 해야하는 동안 간단한 루프 테스트로 도망 칠 수 있음을 알고 있습니다.

Lamport의 베이커리 알고리즘 논문을 언급해야한다고 생각합니다 : Lamport, Leslie; "Dijkstra의 동시 프로그래밍 문제의 새로운 해결책", Comm ACM 17 (8) : 453-455, 1974 . 베이커리 알고리즘은 Dekker 알고리즘보다 간단하고 (두 개 이상의 프로세서 인 경우에는 훨씬 간단 함), 특히 내결함성을 갖도록 설계되었습니다. 두 가지 이유로 구체적으로 언급합니다. 첫 번째는 상호 배제 문제의 정의에 대한 약간의 역사를 제공하고 1974 년까지이를 해결하려고 시도하기 때문입니다. 두 번째는 베이커리 알고리즘이 상호 배제 문제를 해결하기 위해 하드웨어 원 자성이 필요하지 않음을 보여주기 때문입니다.

마지막으로, 내가 가장 좋아하는 것은 Lamport, Leslie입니다. "빠른 상호 배제 알고리즘" ACM Trans. Comp. Sys. , 5 (1) : 1-11, 1987. 이 백서에서 Lamport는 중요한 부분에 대한 경합이 거의없는 (일반적인) 경우의 상호 배제 문제에 대한 솔루션을 최적화하려고했습니다. 다시 말하지만 상호 배제와 교착 상태의 자유는 보장하지만 공정성은 보장하지 않습니다. 그것은 경합이 없을 때 O (1) 시간에 N 프로세서를 동기화 할 수있는 정상적인 읽기 및 쓰기만을 사용하는 최초의 상호 배제 알고리즘이라고 생각합니다. (경쟁이있을 때는 O (N) 테스트로 돌아갑니다.) 경합이없는 경우 최선을 다하는 것은 7 번의 메모리 액세스라는 비공식 데모를 제공합니다. (Dekker와 Peterson은 모두 4로 처리하지만 2 개의 프로세서 만 처리 할 수 ​​있습니다. 알고리즘을 N으로 확장하면 추가 O (N) 액세스를 추가해야합니다.)

결론적으로 Dekker의 알고리즘 자체는 주로 역사적 관점에서 흥미 롭습니다. Dijkstra의 논문은 상호 배제 문제의 중요성을 설명하고 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 수년간의 가늠자로 데커보다 더 간단하고 효율적인 솔루션이 발견되었습니다.

다음 백서에서는 Peterson 및 Dekker 알고리즘 (및 기타 알고리즘)에 대한 공식 모델을 제공하고 모델 검사기를 사용하여 속성을 증명했습니다. 아래 표에서 결과를 찾으십시오 ( "Deadlock"및 "Divergent"열은 모델을 나타냅니다. "ME"= TRUE는 알고리즘이 정확함을 의미하고, "Overtaking"= TRUE는 공정함을 의미 함).

R. Meolic, T. Kapus, Z. Brezočnik. ACTLW-운영자가없는 작업 기반 계산 트리 논리. 정보 과학, 178 (6), pp. 1542-1557, 2008.

https://doi.org/10.1016/j.ins.2007.10.023

피터슨 알고리즘은 더 갖고 엄격한 같은 경우, 임계 영역에 들어가기에 압력을 데커 의 알고리즘은 상대적이다 연질 및 덜 공격적. 좀 더 명확하게하기 위해이란 문화에 대한 예를 살펴 보겠습니다. 이 예에 들어가기 전에,이란 사람들이 어딘가에 들어가면서 서로에게 부드러운 행동을한다는 ​​것을 아는 것이 좋습니다! 두 명의이란 인이 집에 들어올 것 같아요. 그 집에는 들어갈 문이 하나 밖에 없습니다.

이제 또 다른 문화 (에서 두 사람이 상상 Zombian 문화 어딘가에 입력하는 동안 실제로 서로에 대해 너무 많이 걱정하지 않는다) ( 그가 입력하거나하지 원하는지 사람에게 물어 존중의 문제이다 ).

문제에 대한 정보를 명확히하기 위해 다음과 같이 말할 수 있습니다.

• 두 명의이란 = 데커 알고리즘을 사용하는 두 개의 프로세스
• Two Zombians = Peterson 알고리즘을 사용하는 두 개의 프로세스

각 알고리즘 ( culture ) 에서 수행 된 작업을 알아 봅시다 . 다음 은 덱커 알고리즘 을 사용하면서 집에 들어갈 첫 번째 이란 인에 대한 의견입니다 .

p0:
   wants_to_enter[0] ← true // Goes through the house entrance
   while wants_to_enter[1] { // If the other man wants to enter too
      if turn ≠ 0 { // Then see if it is your turn or not
         wants_to_enter[0] ← false // If it is not your turn don't go furthur
         while turn ≠ 0 { // and wait until it is your turn
           // busy wait
         }
         wants_to_enter[0] ← true // when it is your turn go through the door
      }
   }

   // critical section
   ...
   turn ← 1
   wants_to_enter[0] ← false // Set the turn for the other man
   // remainder section

우리는 Peterson 알고리즘을 사용하여 집에 들어갈 두 명의 좀비 도 있습니다 . 이것은 다음과 같습니다.

P0:     
  flag[0] = true; // Goes through the house entrance
  turn = 1; // Set the turn for himself
  while (flag[1] && turn == 1) // Wait until the other one is going in
  {
   // busy wait
  }
   // critical section
      ...
   // end of critical section
  flag[0] = false; // Done going inside

두 사람이 안으로 들어 가지 않고 다른 사람이 그렇게하는 동안 언급하는 것이 중요합니다 ( 상호 배제 ). 이란 사람들은 훨씬 더 부드럽습니다.